陳曉琳　李盛樂　樊俊屹

摘要： 地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)是反映前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)變化信息的重要部分，可為監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量評估、地震分析預(yù)報會商、地震科學(xué)研究等工作提供科學(xué)依據(jù)。為充分利用這些保存在數(shù)據(jù)庫中的事件數(shù)據(jù)記錄，研制了基于MapSIS的地球物理臺網(wǎng)事件可視化平臺。該平臺實現(xiàn)了事件記錄的人工交互分析、自動統(tǒng)計分析，基于震情自動觸發(fā)的專題報告自動生成等功能，具有功能全面、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。該平臺現(xiàn)已在全國地震前兆臺網(wǎng)、地震分析預(yù)報會商中部署使用，可為地震分析預(yù)報提供科學(xué)可靠的信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 前兆臺網(wǎng); 事件記錄; 自動產(chǎn)出; MapSIS

中圖分類號： P315;P208文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號： 1000－0844（2023）04-0983-08

DOI：10.20000/j.1000－0844.20220208004

Construction of a visualization platform for seismicgeophysical network events based on MapSIS

CHEN Xiaolin LI Shengle FAN Junyi2

Abstract：? Observation events of the geophysical network are important data reflecting the change information of precursor network observation data， which can provide a scientific basis for the quality evaluation of monitoring data， earthquake analysis and prediction consultation， and earthquake science research. A visualization platform for seismic geophysical network events based on MapSIS is developed in this paper to maximize the event record data stored in the database. The platform realizes several functions （i.e.， manual interactive and automatic statistical analyses of event records; generation of special reports after earthquakes）. This platform also has the advantages of comprehensive functions and stable operations. The proposed platform has been deployed and used in the national earthquake precursor network and earthquake analysis and prediction consultation， and the daily thematic atlas and reports can provide scientific and reliable information services for earthquake analysis and prediction consultation.

Keywords： seismic precursor network; event recording; automatic output; MapSIS

0 引言

全國地球物理臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析工作是一項重要日常業(yè)務(wù)工作。其記錄的事件數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確詳細(xì)地反映前兆臺網(wǎng)觀據(jù)變化信息，主要包括六類觀測事件（觀測系統(tǒng)故障事件、自然環(huán)境干擾事件、人為干擾事件、地球物理事件、場地環(huán)境干擾事件、不明原因事件）。劉高川等［1］研發(fā)的地震前兆臺網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺實現(xiàn)了觀測事件分析提取與錄入等功能，極大地提高了數(shù)據(jù)跟蹤分析工作效率，并在一線臺網(wǎng)數(shù)據(jù)處理工作中得到了較好的應(yīng)用。此后，該平臺不斷產(chǎn)出各類臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)跟蹤事件記錄，并形成了地球物理事件數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中匯集了2013年以來全國臺網(wǎng)的六類觀測事件描述、核實報告等信息。

記錄觀測事件數(shù)據(jù)是為了分析這些事件信息，從而排除觀測數(shù)據(jù)的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關(guān)的異常變化［2］。但是，目前分析預(yù)報人員對這些數(shù)據(jù)跟蹤記錄的利用率不高。主要原因有兩個方面：一是：目前沒有相關(guān)平臺對這些數(shù)據(jù)跟蹤記錄進(jìn)行自動統(tǒng)計分析，形成直觀的專題報告（圖集）和專題報表［3］。二是：原數(shù)據(jù)跟蹤分析平臺提供了周期分析、擬合分析、一階差分等數(shù)據(jù)分析方法，但這些方法遠(yuǎn)不能滿足預(yù)報工作需求。

鑒于此，為充分利用這些保存在數(shù)據(jù)庫中的事件記錄，使其更好地服務(wù)于地震預(yù)報人員的日常工作，研制了基于MapSIS的地球物理臺網(wǎng)事件可視化平臺（以下簡稱平臺）。平臺實現(xiàn)了日常匯交事件數(shù)據(jù)的自動統(tǒng)計分析，基于震情自動觸發(fā)的專題圖集報告制作等功能，可顯著提高地震預(yù)報日常會商及震后應(yīng)急會商數(shù)據(jù)處理效率;此外，基于GIS的地震分析預(yù)報系統(tǒng)從建設(shè)至今已持續(xù)運(yùn)行20年，融合近百種分析預(yù)報方法和手段，是全國地震系統(tǒng)分析預(yù)報人員重要的資料處理工具［4］。本平臺集成于MapSIS系統(tǒng)中，破除了常用分析預(yù)報方法與臺網(wǎng)觀測跟蹤數(shù)據(jù)之間的壁壘，可以使得分析預(yù)報人員高效、便捷地使用這些反映前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)變化信息的事件數(shù)據(jù)。

1 平臺總體設(shè)計

為了和MapSIS系統(tǒng)較好融合，本平臺采用C/S架構(gòu)，分為數(shù)據(jù)資源層、核心交互層、用戶表現(xiàn)層［5］。

數(shù)據(jù)資源層包括地震地球物理臺網(wǎng)事件數(shù)據(jù)庫、全國統(tǒng)一地震編目數(shù)據(jù)庫、臺站基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫及一些矢量數(shù)據(jù)。其中地震地球物理臺網(wǎng)事件數(shù)據(jù)庫、全國統(tǒng)一地震編目數(shù)據(jù)庫、臺站基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫通過Oracle數(shù)據(jù)庫接口調(diào)用［6］，矢量數(shù)據(jù)（斷層、行政區(qū)劃等）通過文件形式提供服務(wù)。

核心交互層包括地震事件統(tǒng)計展示過程中涉及到數(shù)據(jù)清洗、資料時空統(tǒng)計等，如地球物理臺網(wǎng)事件類型判定、行政區(qū)域判定、震中距計算等。通過SQL聯(lián)合查詢功能與底層Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，通過EQLM接口高速拉取地震速報信息包括發(fā)震時間、震中經(jīng)緯度、震級、深度、震中地名到本地RabbitMQ消息隊列，通過Office接口、GMT繪圖模板生成事件圖集及統(tǒng)計報表、報告［7］。

最后，平臺分別以人機(jī)交互和自動推送兩種形式提供產(chǎn)品服務(wù)?？勺灾骼L制或自動生成全國、分省、分區(qū)域的事件總體情況空間分布圖、事件持續(xù)時間空間圖、事件數(shù)量變化曲線圖、事件數(shù)量時空演化云圖等。可在震后自動統(tǒng)計生成影響區(qū)域的地球物理觀測臺網(wǎng)事件圖集，并推送到臺網(wǎng)中心值班服務(wù)器［8］。

日志模板、日志文件作為一個記錄應(yīng)用系統(tǒng)一切操作的載體，不論是在事前預(yù)防故障發(fā)生，還是事后追溯故障原因，都有著舉足輕重的作用。本平臺集成在MapSIS中，MapSIS在地震系統(tǒng)內(nèi)外擁有大量用戶群體，軟件故障會嚴(yán)重影響用戶滿意度。另外，平臺自動產(chǎn)出地震應(yīng)急產(chǎn)品圖集，部分功能接口需要保障7×24 h的無間斷服務(wù)，具有高可用性和高可靠性需求，為此，本平臺對每一步關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，均通過日志模板生成日志文件保存，以期能監(jiān)控平臺運(yùn)行狀況、追溯平臺故障原因。此外，還研制了日志自動監(jiān)控模塊，模塊能自動識別寫入日志模板的信息是否出現(xiàn)了相關(guān)的告警關(guān)鍵詞。如果滿足警報觸發(fā)閾值，就會自動向用戶發(fā)送提示信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)方案設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 事件統(tǒng)計分析

每日監(jiān)測數(shù)據(jù)跟蹤分析信息以表的形式存儲在Oracle數(shù)據(jù)庫中（表1），主要包括臺站信息、測點(diǎn)信息、測項信息及事件類型等信息［9］。這些表信息條目繁多，沒有進(jìn)行歸類、整理，無法直接用于預(yù)報工作。因此這里根據(jù)地震預(yù)報數(shù)據(jù)處理工作規(guī)范，將其統(tǒng)計分類，主要分為新增事件、持續(xù)事件、取消事件三類性質(zhì)事件。對于每月的月報告中，新增事件定義為本月新出現(xiàn)的地震事件，即表1中開始時間位于當(dāng)月開始時間a，和當(dāng)月結(jié)束時間b之間。持續(xù)事件定義為上個月已有的地震事件，這個月還在持續(xù)，且沒有取消，即開始時間b。取消事件定義為上個月已有的地震事件，這個月取消了，即開始時間

2.2 事件跟蹤分析

（1） 基于震情的事件跟蹤分析

以2021年05月21日云南大理州漾濞縣6.4級地震的震后數(shù)據(jù)分析為例，利用本平臺可以快速得到震前3個月內(nèi)，震中周邊300 km圈的地震地球物理觀測臺網(wǎng)事件數(shù)據(jù)，分別按照震中距、大測項類型、事件類型、開始時間、結(jié)束時間等排序，也可查看事件圖件及事件核實報告等，如圖2所示。

以選擇其中永勝地震臺進(jìn)行具體分析為例，對該臺2021年4月1日到2021年6月8日的鉆孔應(yīng)變觀測北東分量前兆觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，可發(fā)現(xiàn)應(yīng)變NS、EW、NE、NW四個分量數(shù)據(jù)5月8日至6月6日出現(xiàn)同步的大幅趨勢轉(zhuǎn)折變化（圖3）。此時，查詢事件數(shù)據(jù)庫中記錄顯示該處上報為不明原因事件，沒有其他干擾事件發(fā)生［11］。測點(diǎn)距漾濞地震震中約145 km，且地震發(fā)生在各分量快速上升或下降后的恢復(fù)期。為了進(jìn)一步判斷該變化是否為地震前兆異常變化，可利用MapSIS對該時間段的原始觀測數(shù)據(jù)開展更進(jìn)一步的處理，如濾波、周期分析等操作。這樣便可以在震后數(shù)據(jù)分析處理中充分考慮觀測數(shù)據(jù)的正常背景與非正常變化情況，增加了數(shù)據(jù)處理的可靠性與準(zhǔn)確性［12］。

（2） 臺網(wǎng)日常觀測數(shù)據(jù)跟蹤分析

針對地震分析預(yù)報人員日常數(shù)據(jù)處理的個性化需求，平臺提供了用戶定制接口，可根據(jù)用戶定制參數(shù)，自動產(chǎn)出臺網(wǎng)觀測事件數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析報告。以平臺產(chǎn)生的云南省區(qū)域范圍2022年3月10日至2022年3月16日觀測資料動態(tài)跟蹤與分析周報為例，周報提示本周本區(qū)域范圍新增事件16項、持續(xù)事件33項、取消事件8項（本周新增事件和取消事件可能存在重疊情況，即某一觀測事件在本周新增也在本周取消）。其中自然環(huán)境類事件5項、人為干擾類事件2項、觀測系統(tǒng)類事件21項、場地環(huán)境類事件16項、不明原因類事件5項、地球物理事件8項。

隨后，利用MapSIS中地震預(yù)報的通用數(shù)據(jù)處理方法對該時間段云南區(qū)域的臺網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以識別到流體觀測數(shù)據(jù)，瀘州川13井的凈水位觀測數(shù)據(jù)自3月14日以來持續(xù)震蕩。此時查詢本平臺的上述周報數(shù)據(jù)，可以看到該處是場地環(huán)境干擾事件，平臺中已上報附近橋梁施工進(jìn)行水井抽排水操作，可能對該處水位數(shù)據(jù)產(chǎn)生了影響。相反，對于騰沖地震臺的井水水溫觀測點(diǎn)，通過年尺度跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，騰沖臺水溫動態(tài)自2021年10月起未像往年一樣轉(zhuǎn)折下降，而是持續(xù)上升至今，上升幅度達(dá)0.03 ℃，表現(xiàn)出破年變異常動態(tài)變化。此時查詢本平臺的事件數(shù)據(jù)，可以看到平臺中已上報該處為不明原因事件，臺站核實觀測數(shù)據(jù)連續(xù)可靠，觀測系統(tǒng)運(yùn)行正常，無其他明顯影響因素。通過臺站異?，F(xiàn)場核實，破年變異常變化初步排除了觀測系統(tǒng)和觀測環(huán)境的影響因素，變化真實可靠，初步判定屬于地下構(gòu)造活動增強(qiáng)引起的前兆異常，后續(xù)需加強(qiáng)震情跟蹤，對此持續(xù)關(guān)注。

觀測事件記錄信息是臺站一線人員對觀測數(shù)據(jù)的分析認(rèn)識成果，也是數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量的體現(xiàn)。通過本平臺的集成使用，能將反映前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)變化信息的事件數(shù)據(jù)與國家、省局分析預(yù)報中心的數(shù)據(jù)處理結(jié)果相互佐證。便于排除觀測數(shù)據(jù)的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關(guān)的異常信息。

2.3 平臺產(chǎn)品產(chǎn)出

平臺相關(guān)產(chǎn)品分為自動產(chǎn)品產(chǎn)出和自定義產(chǎn)品產(chǎn)出兩種方式。

自動產(chǎn)品產(chǎn)出主要為：一是，日常自動產(chǎn)出全國及分省事件空間分布圖、事件持續(xù)時間圖、事件數(shù)量變化曲線圖、儀器數(shù)量變化曲線圖;二是，震后自動產(chǎn)出震中周邊事件空間分布圖［13］。震后自動產(chǎn)出是通過監(jiān)聽EQLM服務(wù)器的地震信息，按震級自動觸發(fā)程序，來分級、分類產(chǎn)出地震影響范圍內(nèi)的觀測事件統(tǒng)計分析結(jié)果圖集（圖4）。

自定義產(chǎn)品產(chǎn)出主要為按照用戶按選擇的參數(shù)進(jìn)行事件報表及圖件定制產(chǎn)出。可按學(xué)科（“形變、流體、電磁”）、事件性質(zhì)（“新增事件、持續(xù)事件＼，取消事件”）、事件類型（“觀測系統(tǒng)、自然環(huán)境、場地環(huán)境、人為干擾、地球物理事件、不明原因”）、經(jīng)緯度范圍、時間范圍、片區(qū)（“分省、多省片區(qū)”）設(shè)定用戶參數(shù)（圖7）。程序自動進(jìn)行統(tǒng)計分析，形成專題報告（圖集、PPT）和專題報表（Excel），以便快速用于分析預(yù)報工作。

2.4 平臺自動配置

目前分析預(yù)報軟件MapSIS融合近百種分析預(yù)報方法和手段，在全國地震數(shù)據(jù)處理和地震分析預(yù)報會商中得到了廣泛的使用。為了使相關(guān)用戶不用卸載原電腦安裝的MapSIS軟件，并方便快捷的使用本平臺。本平臺集成到MapSIS中時，專門開發(fā)了一鍵安裝升級功能。通過現(xiàn)有MapSIS軟件中的更新程序功能，可自動下載、安裝好本平臺，過程如圖5、圖6所示。

當(dāng)啟動MapSIS軟件的自動更新程序時，首先根據(jù)日志文件判斷當(dāng)前計算機(jī)是否安裝了本平臺，如果沒有安裝，將進(jìn)行安裝操作。如果已經(jīng)安裝，將根據(jù)安裝、更新版本日期，判斷當(dāng)前版本是否需要升級，包括編譯程序的升級、DLL文件升級、相關(guān)配置文件等的升級［14］。

3 平臺測試

3.1 平臺功能測試

基于MapSIS的地球物理臺網(wǎng)事件可視化平臺主要實現(xiàn)了全國及分省、分區(qū)域事件記錄的統(tǒng)計分析、圖件自動產(chǎn)出;基于震情的事件記錄統(tǒng)計分析、圖件產(chǎn)出;用戶自定義人機(jī)交互模式的統(tǒng)計分析、圖件產(chǎn)出。

圖7為平臺人機(jī)交互制圖參數(shù)選擇界面?？砂凑沼脩暨x擇的參數(shù)進(jìn)行事件記錄的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖件產(chǎn)出。以選擇2022年2月24日到2022年3月24日期間，95°～115°E，23°～38°N，不明原因事件數(shù)

據(jù)為例，繪制出事件持續(xù)時間分布圖（圖8）。從圖中可以清晰地看出所選范圍內(nèi)各測項的不明原因事件持續(xù)時間長短及位置分布，以便于對臺網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析。

平臺其他可產(chǎn)出的圖件類型如表2所列。所有產(chǎn)品產(chǎn)出均可通過人機(jī)交互方式進(jìn)行數(shù)據(jù)范圍選擇，以及繪圖參數(shù)調(diào)整。產(chǎn)出圖件的類型充分結(jié)合地震監(jiān)測預(yù)報人員的日常業(yè)務(wù)需求。

3.2 平臺性能測試

平臺在滿足功能齊全的同時，需要具備良好的性能以滿足日常工作的穩(wěn)定性及震后應(yīng)急會商的時效性需求。

（1） 穩(wěn)定性測試：

平臺隨分析預(yù)報MapSIS軟件一起安裝在臺站、區(qū)域中心、學(xué)科中心、國家中心等前兆臺網(wǎng)或分析預(yù)報中心，用戶運(yùn)行環(huán)境差異較大。采用Spire.Presentation for.NET組件來解決用戶不同版本PowerPoint的生成、寫入操作。采用高版本GMT6來兼容用戶系統(tǒng)中已存在的低版本GMT。采用加密XML保存各區(qū)域中心，學(xué)科中心數(shù)據(jù)庫IP地址、賬號密碼，使得軟件能方便、安全鏈接到各區(qū)域中心數(shù)據(jù)庫。在國家前兆臺網(wǎng)中心和各區(qū)域中心進(jìn)行聯(lián)調(diào)測試時，平臺在不同用戶軟件環(huán)境下各項功能符合需求，能無故障穩(wěn)定運(yùn)行來保證震后圖件的及時產(chǎn)出。

（2） 時效性測試：

平臺震后產(chǎn)出圖件效率，關(guān)系著震后應(yīng)急會商的時效性。測試時平臺部署在Windows10主機(jī)上，配置Intel i7 CPU及16 G內(nèi)存、2 TB硬盤，安裝Office2016及GMT6.0制圖軟件。自檢測到RabbitMQ消息隊列有推送過來的震例開始，至完成震后產(chǎn)品圖件生成，并推送到指定服務(wù)器，計算震后產(chǎn)品產(chǎn)出時間。該時間與用戶部署平臺的環(huán)境、震例震級等有關(guān)，但對消耗時間的影響較小。在平臺試運(yùn)行階段，87個震例的產(chǎn)品產(chǎn)出都在兩分鐘以內(nèi)，說明平臺能高效完成資料準(zhǔn)備、分析、繪圖、產(chǎn)品推送整個流程，滿足震后應(yīng)急會商的時效性需求。

4 結(jié)語

基于MapSIS的地球物理臺網(wǎng)事件可視化平臺，結(jié)合GMT制圖技術(shù)、RabbitMQ消息隊列技術(shù)，與Oracle數(shù)據(jù)庫、EQLM服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，來完成應(yīng)用定制。平臺實現(xiàn)了地球物理臺網(wǎng)觀測事件記錄的人工交互分析、自動統(tǒng)計分析;基于震情自動觸發(fā)的專題報告生成等功能。平臺能將反映前兆臺網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)變化信息的事件分析記錄充分運(yùn)用于地震數(shù)據(jù)分析處理日常業(yè)務(wù)中，便于地震數(shù)據(jù)處理分析人員排除觀測數(shù)據(jù)的正常變化、干擾影響等，找到真正與地震相關(guān)的異常信息。功能與性能測試充分證明了基于MapSIS的地球物理臺網(wǎng)事件可視化平臺在地震數(shù)據(jù)分析、震后應(yīng)急會商中的可用性與可靠性。下一步，我們還將升級相關(guān)功能，為數(shù)據(jù)處理或分析預(yù)報工作提供更為有效的定制化操作，進(jìn)一步提升平臺的專業(yè)性、實用性。

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（本文編輯：任 棟）

收稿日期：2022-02-08

基金項目：中國地震臺網(wǎng)中心專項“全國地球物理臺網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析與產(chǎn)出”

第一作者簡介：陳曉琳（1988-），女，助理研究員，主要從事地震信息技術(shù)研究、地震數(shù)據(jù)分析處理工作。E－mail：cxlcug@126.com。